package binarySearchTree;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

public class BST<E extends Comparable<E>> {

    private class Node{
        public E e;
        public Node left;
        public Node right;

        public Node(E e){
            this.e = e;
            this.left = null;
            this.right = null;
        }
    }

    private int size;
    private Node root;

    public BST(){
        size = 0;
        root = null;
    }
    /**
     * 返回二分搜索数的长度
     * @return
     */
    public int getSize(){
        return size;
    }

    /**
     * 返回二分搜索数是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
    /**
     * 面向用户的插入元素的接口
     * @param e
     */
    public void add(E e){
        /*if(root == null){
            root = new Node(e);
            size++;
        } else{
            add(root ,e);
        }*/
        root = add(root,e);
    }

    //递归函数：递归插入元素
    public Node add(Node node,E e){
        //递归出口
        /*if(node.e.equals(e)){
            return;
        } else if (node.e.compareTo(e) > 0 && node.left == null){
            node.left = new Node(e);
            size++;
            return;
        } else if (node.e.compareTo(e) < 0 && node.right == null){
            node.right = new Node(e);
            size++;
            return;
        }*/

        if(node == null){
            size++;
            return new Node(e);
        }

        if(e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = add(node.left,e);
        } else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = add(node.right,e);
        } else if(e.equals(node.e)){
            return node;
        }

        //正常的递归函数
        /*if(e.compareTo(node.e) < 0){
            add(node.left,e);
        } else {
            add(node.right,e);
        }
*/
        return node;
    }

    /**
     * 查询二分搜索数中是否有指定的元素
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains(E e){

        return contains(root,e);
    }

    /**
     * 查询是否有指定元素的递归方法
     * @param node
     * @param e
     * @return
     */
    private boolean contains(Node node,E e){

        if(node == null){
            return false;
        }

        if(e.compareTo(node.e) < 0){
            return contains(node.left,e);
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0){
            return contains(node.right,e);
        } else  // e.compartTo(node.e) == 0;
            return true;
    }

    /**
     * 二分搜索数的前序遍历
     */
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }

    private void preOrder(Node node){
        if(node == null){
            return ;
        }

        System.out.println(node.e);
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    /**
     * 前序遍历的非递归写法
     */
    public void preOrderNR(){
        Stack stack = new Stack();

        stack.push(root);

        while(!stack.isEmpty()){
            Node popNode = (Node)stack.pop();
            System.out.print(popNode.e);
            if(popNode.left != null)
                stack.push(popNode.left);
            if(popNode.right != null)
                stack.push(popNode.right);
        }
    }

    /**
     * 二分搜索数的中序遍历
     */
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }

    private void inOrder(Node node){
        if(node == null){
            return;
        }

        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.e);
        inOrder(node.right);
    }

    /**
     * 二分搜索数的后序遍历
     */
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }

    private void postOrder(Node node){
        if(node == null){
            return;
        }

        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.println(node.e);
    }

    /**
     * 二分搜索树的层序遍历
     */
    public void levelOrder(){
        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        //遍历这个节点，然后移除这个节点从队列中，之后将其的左右节点加入到队列中去
        while(!queue.isEmpty()){
            Node cur = queue.remove();
            System.out.print(cur.e);
            if(cur.left != null)
                queue.add(cur.left);
            if(cur.right != null)
                queue.add(cur.right);
        }
    }

    /**
     * 找出二分搜索树中最小的值（元素）
     * @return
     */
    public E minimum(){
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        return minimum(root).e;
    }

    private Node minimum(Node node){
        if(node.left == null)
            return node;
        return minimum(node.left);
    }

    /**
     * 找出二分搜索树中最大的值（元素）
     * @return
     */
    public E maxmum(){
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        return maxmum(root);
    }

    private E maxmum(Node node){
        if(node.right == null)
            return node.e;
        return maxmum(node.right);
    }

    /**
     * 删除二分搜索树中最小的元素
     * @return
     */
    public E removeMin(){
        E ret = minimum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    private Node removeMin(Node node){
        if(node.left == null){
            //这个树是空的，兄弟
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size --;
            return rightNode;
        }

        node.left =  removeMin(node.left);
        return node;
    }

    /**
     * 删除二分搜索树中最大的值的节点
     * @return
     */
    public E removeMax(){
        E ret = maxmum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }


    private Node removeMax(Node node){
        if(node.right == null){
            //找到了最大的节点，存储它的右子树，来接替他的位置
            Node leftNode = node.left;
            size -- ;
            node.left = null;
            return leftNode;
        }

        node.right = removeMax(node.right);

        return node;
    }

    /**
     * 删除二分搜索树中任意值的元素
     * @param e
     */
    public void remove(E e){
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("该二分搜索树为空");
        root = remove(root,e);
    }

    private Node remove(Node node,E e){
        if(node == null)
            return null;
        //当目标值大于该节点的值，向该节点的右子树进发
        if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = remove(node.right,e);
            return node;
        } else if(e.compareTo(node.e) < 0){ //当目标值小于该节点的值，向该节点的左子树进发
            node.left = remove(node.left,e);
            //返回根节点
            return node;
        } else{ //e == node.e
            //第一种情况，该节点是一个叶子节点
            if(node.right == null){
                //第二中情况，该节点只有左孩子
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            } else if(node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            } else { //left 和 right都不为空
                //先在子树中找到最小的值
                Node s = minimum(node.right);
                //删除子树中对应的元素，并这个后继节点的右子树设置为新的子树
                s.right = removeMin(node.right);
                //将新的节点的左子树设置为新的左子树。
                s.left = node.left;
                //将待删除的左右节点设置为空
                node.left = node.right = null;
                return s;
            }
        }
    }
}
